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Stickstoffkreislauf

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Rapunzel
Stickstoffkreislauf
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Stickstoffkreislauf

Der Stickstoffkreislauf ist die Zirkulation von Stickstoff in der Atmosphäre, im Boden und in Gewässern. In diesem Film geht es um die Schritte der Umwandlung von molekularem Stickstoff zu Ammoniak und weiter zu Nitrit, Nitrat und Aminosäuren. Welche Organismen daran beteiligt sind und wie sie sich gegenseitig beeinflussen, wird näher beleuchtet. Was die Prozesse Nitrogenase, Nitrifikation und Denitrifikation genau bedeuten, lernst du ebenfalls in dem Video. Insbesondere wird die Rhizobium-Leguminosen-Symbiose näher untersucht.

Transkript Stickstoffkreislauf

Hallo, ich bin Julia und möchte euch heute den Stickstoffkreislauf erklären. Du solltest bereits wissen, was eine Oxidation und eine Reduktion ist. Und es ist gut, wenn du mit dem Begriff Symbiose etwas anfangen kannst.

Stickstoff ist für alle Lebewesen essenziell. Er ist Bestandteil von Aminosäuren, Nukleinsäuren, Enzymen und Hormonen. Die Atmosphäre besteht zu 78% aus Stickstoff. Dieser Stickstoff ist jedoch nur für die wenigsten Lebewesen direkt zugänglich, da je 2 Stickstoffatome durch eine sehr energiereiche Dreifachbindung gebunden sind. Nur Prokaryonten wie z.B. Cyanobacterium oder Rhizobium können Luftstickstoff zu Ammoniak reduzieren. Dazu nutzen sie das Enzym Nitrogenase. Dabei reagieren ein Mol N2 mit 2 Elektronen und 6 Protonen zu 2 Mol Ammoniak. Dadurch erniedrigt sich die Oxidationszahl des Stickstoffs von 0 auf -3. Für die Reduktion von einem Gramm Luftstickstoff ist etwa die Energie von 2 Gramm Zucker notwendig, ungefähr 33 Kilojoule.

Auch durch Düngemittel und Abwässer gelangen Stickstoffverbindungen ins Ökosystem, die für Pflanzen und Tiere nutzbar sind. Bei Gewittern entstehen ebenfalls stickstoffhaltige Verbindungen, wenn durch Blitze N2 und Sauerstoff zu Stickstoffoxiden verschmelzen.

Zurück zu den Bakterien. Ist der Luftstickstoff in Form von Ammoniak fixiert worden, wird er durch Nitritbakterien zu Nitrit oxidiert. Dabei werden 2 Mol Ammoniak und 4 Mol Sauerstoff in 2 Mol Nitrit, 2 Protonen und 2 Mol Wasser umgewandelt. Nitritbakterien sind z. B. Nitrosomonas oder Nitrosococos. Sie leben in Böden und Gewässern. Anschließend wird Nitrit von Nitratbakterien wie z. B. Nitrobacter in Nitrat umgewandelt. So entstehen aus 2 Mol Nitrit und 1 Mol Sauerstoff 2 Mol Nitrat. Den Prozess der Umwandlung von Ammoniak in Nitrat bezeichnet man als Nitrifikation. Nitrat ist die Hauptstickstoffquelle für Pflanzen, mit Ausnahme der Leguminosen. Leguminosen leben mit Knöllchenbakterien, Bakterien der Gattung Rhizobium, in Symbiose.

Die Rhizobium-Leguminosen-Symbiose. Pflanzen der Familie der Leguminosen locken die Rhizobien an und umschließen sie mit ihren Wurzelhaaren. Die Bakterien dringen in die Wurzeln ein, bleiben aber stets von einer Membran umschlossen. Die Wurzelzellen teilen sich besonders häufig, wenn sie die Präsenz der Bakterien spüren. So entstehen die charakteristischen Knöllchen. Rhizobien beginnen nun dank ihrer Nitrogenase Stickstoff zu fixieren. Es entsteht Ammoniak, der teilweise an die Pflanzen weitergeleitet wird. Dafür erhalten die Bakterien von der Pflanze Zucker. Über die Pflanzen gelangen die Stickstoffe in herbivore Tiere, sogenannte Konsumenten 1. Ordnung. Diese werden von Konsumenten 2. Ordnung gefressen. Über Exkremente und Kadaver gelangen die Stickstoffverbindungen zurück in den Boden. Dort werden sie von Destruenten, wie Pilzen und Bakterien, hydrolisiert. Es entsteht erneut Stickstoff. Einige Bakterien gewinnen Energie aus Nitrit und Nitrat, das sie im Boden vorfinden. Dabei entsteht N2, das wieder an die Atmosphäre abgegeben wird. Dies bezeichnet man als Denitrifikation. Der Stickstoffkreislauf ist geschlossen.

Zusammenfassung: Stickstoff liegt in der Atmosphäre gasförmig vor und kann in dieser Form nur von Bakterien wie Rhizobium genutzt werden. Es entsteht Ammoniak, Ammoniak wird zuerst in Nitrit und dann in Nitrat umgewandelt. Das ist Nitrifikation. Nitrat und Ammoniak werden von den Pflanzen aufgenommen und in Aminosäuren, Nukleinsäuren und vieles mehr umgewandelt. Pflanzen dienen als Stickstoffquelle für Konsumenten 1. Ordnung. Diese werden wiederum von Konsumenten 2. Ordnung gefressen. Durch Exkremente und abgestorbene Tier- und Pflanzenreste gelangt der Stickstoff zurück in den Boden. Dort wird er von Bakterien in Ammoniak umgewandelt und teilweise als N2 wieder an die Atmosphäre abgegeben.

Ich hoffe, ihr habt alles gut verstanden und hattet Spaß diesen Film zu schauen. Tschüss.

12 Kommentare

12 Kommentare
  1. Geil.danke.

    Von Deleted User 606573, vor etwa 3 Jahren
  2. Stickstoff wird von Algen oder autotrophen Bakterien als AMONIUM oder Nitrat aufgenommen. Das fehlt hier in diesem video!

    Von Combat1988112, vor etwa 6 Jahren
  3. Hallo :)

    Bitte stell deine Frage nochmal etwas genauer, dann helfe ich dir gerne weiter :)

    Von Marcel S., vor mehr als 6 Jahren
  4. Was ist denn mit Ammonium?

    Von Maikwiegand, vor mehr als 6 Jahren
  5. Hallo,
    es ist zwar keine direkte frage zum Video, aber vllt hat einer von euch ja eine Antwort darauf;):
    Ich würde gerne wissen, bei welcher Menge der durchschnittliche Nitrat- und Nitritwert in einem eutrophen See liegt?
    Danke:)

    Von Astrid H., vor etwa 7 Jahren
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Stickstoffkreislauf Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Stickstoffkreislauf kannst du es wiederholen und üben.
  • Benenne wichtige Fakten rund um den Stickstoff.

    Tipps

    Luft, die wir einatmen, besteht zu 21% aus Sauerstoff.

    Lösung

    Stickstoff ist ein wichtiges Strukturelement vieler organischer Stoffe wie Nukleinsäuren, Enzyme, Aminosäuren und Hormone.

    Die Luft, die wir einatmen, besteht zu 78% aus Stickstoff und 21% Sauerstoff. Der Rest besteht aus Edelgasen. Dieser Luftstickstoff ist den Lebewesen allerdings nicht frei zugänglich. Nur einige Prokaryoten können diesen zu Ammoniak umwandeln. Das Enzym Nitrogenase hilft ihnen dabei.

  • Beschreibe den Stickstoffkreislauf.

    Tipps

    Bei Gewitter entstehen stickstoffhaltige Verbindungen.

    Lösung

    Ist der Luftstickstoff in Form von Ammoniak fixiert worden, wird er in Nitrit oxidiert. Dies geschieht durch die Nitritbakterien. Anschließend wird das Nitrit durch Nitratbakterien in Nitrat umgewandelt.

    Diesen Prozess bezeichnet man als Nitrifikation.

    Nitrat ist Hauptstickstoffquelle für Pflanzen.

  • Erstelle eine passende Saatmischung.

    Tipps

    Die Kleearten gehören zu den Leguminosen.

    Die Luzerne wird auch ewiger Klee genannt.

    Lösung

    Ein Vorteil der Knöllchenbildung an der Leguminosenwurzel ist, dass der Boden mit Stickstoff angereichert wird. Dies spart Dünger und auch die nachfolgenden Kulturen wachsen besser. Das ist der Grund dafür, warum viele Landwirte Leguminosen innerhalb ihrer Fruchtfolge anbauen.

    Zu den Leguminosen zählen die Hülsenfrüchtler. Der Landwirt aus unserem Beispiel sollte also verschiedene Kleearten und Luzernen anbauen. Diese Pflanzen sind in der Lage, mithilfe der Bakterien Stickstoff zu fixieren.

  • Erkläre verschiedene Begriffe aus der Biologie.

    Tipps

    Beim Parasitismus profitiert nur eine Art.

    Lösung

    Es gibt sehr viele unterschiedliche chemische Reaktionen.

    Darunter auch die Oxidation (Elektronenabgabe) und Reduktion (Elektronenaufnahme). Die Redox-Reaktion besteht aus beiden Teilreaktionen.

    Genauso vielseitig zeigt sich die Biologie, wenn es um Beziehungen geht.

    Bei der Symbiose, wie die Rhizobium-Leguminosen-Symbiose, profitieren beide Seiten voneinander. Anders sieht das beim Parasitismus aus, hier profitiert nur eine Seite von der Beziehung. Ein Beispiel aus dem Pflanzenreich ist die Mistel. Diese dringt mit ihren Wurzeln in die Leitbahnen ihrer Wirtspflanze ein und entzieht ihr so Nährstoffe.

  • Beschreibe die Rhizobium-Leguminosen-Symbiose.

    Tipps

    Durch Wurzelausscheidungen werden die Bodenbakterien angelockt.

    Lösung

    Viele Bakterien besiedeln als Symbionten ungewöhnliche Lebensräume und bilden mit anderen Arten eine Symbiose. Hierbei haben alle Beteiligten einen Vorteil von dieser Beziehung. So auch bei der Rhizobien-Leguminosen-Symbiose.

    Diese findest du an den Wurzeln von Leguminosen. Die Leguminosen senden über Wurzeln Lockstoffe aus, die die Bakterien anlocken. Diese dringen über die Wurzeln ein, die Wurzelzellen beginnen sich zu teilen und es entstehen die typischen Knöllchen.

    Die Bakterien versorgen die Pflanzen mit stickstoffhaltigen Verbindungen, dadurch können die Pflanzen auch auf stickstoffarmen Böden wachsen. Von der Pflanze erhalten die Bakterien organische Kohlenstoffverbindungen.

  • Beschreibe eine weitere Symbiose an der Pflanzenwurzel.

    Tipps

    Hyphen sind fadenförmige Zellen der Pilze.

    Lösung

    In diesem Video hast du die Symbiose zwischen Bakterien und Pflanzen kennengelernt. Es gibt aber noch viele weitere Symbiosen auch an der Pflanzenwurzel.

    So gehen bestimmte Bodenpilze, die Mykorrhiza, eine Symbiose mit Pflanzen ein. Dabei bilden sie feine Hyphen aus, mit denen sie in die Pflanzenwurzel eindringen können. Die Pilze können Nährsalze und Wasser effektiver aus dem Boden gewinnen und den Pflanzen zur Verfügung stellen. Die Pflanzen versorgen die Pilze mit Glucose. So haben beide ihren Vorteil aus dieser Beziehung.

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